几种有经济价值的微藻及其应用

资源类型:pdf 资源大小:576.00KB 文档分类:生物科学 上传者:颜运秋

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【作者】 邹宁  李艳  孙东红 

【关键词】微藻 生物学特性 应用 培养方法 

【出版日期】2005-03-30

【摘要】对一些极具经济价值和经济潜力的微藻的优良品种的生物学特性、应用价值及其培养方法进行了综合论述.

【刊名】烟台师范学院学报(自然科学版)

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  微藻是一类资源丰富、种类繁多、生长速度快、具有极大应用价值的生物资源.微藻及其代谢产物可用于生物制药、污水处理、天然食品的加工、生物饵料、生物肥料、可持续利用能源生产等方面,具有重要的经济价值和社会价值.但目前大规模生产微藻仍是一个世界难题,在优良品种的筛选与推广、培养方法的优化与放大、应用价值的发掘及市场开拓等领域,均有大量工作需要开展.1 几种有经济价值的微藻及其生物学特征1 1 海洋微藻  1)小球藻(ChlorellavldqariBeij.) 属绿藻门,绿藻纲,绿藻目,卵胞藻科,小球藻属.细胞球形或广椭圆形.一般个体单独存在,但有时也会集成粘质层(mucouslayer)而沉到水底,或附着在器皿上.小球藻无运动能力,正常情况下悬浮在水中,当环境不良时,往往会产生下沉现象,积聚在培养器皿的底部,但小球藻对环境的适应能力很强,在-2—39℃均能生长良好,在自然界中分布极广,常出现在其他微藻的培养液中,在富含有机质的污水中也能大量生长.小球藻唯一的生殖方法是依靠细胞内原生质体分裂形成似亲孢子,这些孢子(在形态上和母细胞非常相似)破母细胞壁而出,每个孢子长成一个新个体[1,2(P55)].  小球藻生长繁殖速度快,抗侵染能力强,应用于单细胞蛋白生产和鱼类养殖的育苗,适于大规模粗放式培养.  2)微绿球藻(Nannochloropsisoculata) 属绿藻门,绿藻纲,四胞藻目,球藻科,微绿球藻属.细胞球形,个体微小,直径2μm左右,单独生存,没有胶质被覆物,细胞内有一个小的圆盘状灰绿色色素体,且靠近一端(侧生),眼点圆形,淡橘红色.在氮素缺乏的培养基中生长时,色素体颜色极淡,眼点十分明显,而在活泼生长的情况下,色素体颜色很深,不容易观察到眼点.细胞壁极薄,幼年细胞看不到,在分裂之前才变明显,此时具有一层模糊的粒质被膜,分裂进行时,被膜扩大,在被膜与细胞之间形成空隙,细胞进行二分裂(横分裂),子细胞由母细胞的被膜裂开处脱出,只有一个或两个可以保留并附着在被膜上,并互相连结成为一个松散的亚树枝群体[1].  微绿球藻个体小,繁殖迅速,在温暖海水和河流中大量分布,在含有机质多,特别是含氮盐丰富的水域中,生长特别繁茂.微绿球藻主要用于不饱和脂肪酸的生产和鱼、虾、贝类育苗的饵料[3].  3)盐藻(Dunaliellasalina) 属绿藻门,绿藻纲,团藻目,盐藻科,盐藻属.盐藻因能在盐度很高的水中生长而得名,是盐生杜氏藻的简称.单细胞,无细胞壁.细胞有梨形、椭圆形、球形等.细胞大小有差别,一般顶端有凹陷,从凹陷处发出两条等长(约为体长的1/3)的鞭毛,细胞依靠鞭毛在水中游动,迅速活泼.一般藻体在运动中进行纵分裂,但在环境不良时进行同配生殖(有性),具有两条长鞭毛的孢子结合,合子被厚壁,每一个合子产生16个游动孢子.  盐藻嗜盐,耐盐范围极其广泛,在高盐度中生长良好,最适盐度为60‰—70‰,也可在正常盐度的海水中生长.盐藻繁殖迅速,耐高温.主要用作海参育苗饵料和生产β 胡萝卜素的原料[4].  4)亚心形扁藻[Platymonassubcordiformis(Wille)Haze] 属绿藻门,绿藻纲,团藻目,衣藻科,扁藻属.藻体一般侧扁,前端凹陷,从凹陷处伸出两对鞭毛,每一对成一组,长度约有体长的3/4.细胞壁很薄,特别在不进行生殖时,极不明显.运动全靠鞭毛,在水中游动迅速活泼.藻体以产生动孢子的方式进行繁殖,细胞纵裂为两个子细胞.分裂前细胞停止游动,鞭毛消失,在子细胞放出前,开始出现鞭毛.当环境条件适宜时,一天能繁殖一次,平均两天繁殖一次.环境不良时,形成休眠孢子[1].扁藻对盐度和温度的适应范围很广,在7—30℃内均能生长繁殖,对低温的适应性强,对高温的适应能力较差,温度接近35℃时,扁藻大量死亡.目前扁藻主要在水产养殖上用作虾夷扇贝的育苗饵料.  5)三角褐指藻(PhaeodactylumtricornutumBohli) 属硅藻门,羽纹纲,褐指藻目,褐指藻科,褐藻属.单细胞,有卵形、梭形和放射形,在不同的环境条件下这三种形态可以互相转变.三角褐指藻一般通过平行分裂形成两个形态、大小相同的子细胞,因其细胞无硅质外壳,故在裂殖时,与一般硅藻不同,藻体不会缩小,在培养过程中能保持原来大小.三角褐指藻生长快,抗侵染,耐低温,适于大规模粗放培养,广泛应用于海参、对虾的育苗.  6)牟氏角毛藻(ChaetocerosmuelleriLemm.) 属硅藻门,盒形藻目,角毛藻科,角毛藻属.细胞小型,壁薄,大多数呈单个细胞,悬浮生活,有时2—3个细胞连在一起.壳面椭圆形至圆形,壳环面呈长方形至四角形,表环带不明显.角毛细而长,末端尖.自细胞角伸出,几乎与纵轴平行,两端的角毛以细胞体为中心,略呈“S”形.在培养过程中,细胞往往变形,变形后的藻体都比正常的大.一般行无性的二分裂繁殖.当环境不良时,可形成休眠孢子.  角毛藻是喜高温藻类,水温在10—30℃均能生长繁殖,能适应较强的光照强度,可在盐度很低的水中生长.耐高温,营养价值高,适于产业化大规模生产,是海参育苗的最佳开口饵料.  7)紫球藻(Porphyridiuncruentum) 属红藻门,紫菜目,紫球藻科,紫球藻属.单细胞,多数个体常不规则地聚生而成一层,外被一层薄胶膜,称粘质鞘.细胞多为球形,血红色,色素体内富含藻红素.紫球藻由细胞分裂而繁殖,在细胞分裂时,细胞内容物可分为两部分,也可分为四或更多的部分.在自然环境中,紫球藻常被蓝藻种类占据优势,最后完全为蓝藻所取代,但由于紫球藻抗盐性强,只要培养液的盐度达到3 5%—4 6%就能抑制蓝藻的生长,使紫球藻繁盛起来.  紫球藻细胞能够合成大量的B 藻红蛋白、花生四烯酸和胞外含硫多糖,它分泌的含硫多糖有较高的医用价值[5,6].B 藻红蛋白可用作生产荧光探针和食品色素,有很高的医用和食用价值.  8)底栖硅藻 底栖硅藻是一类营底栖生活的硅藻种类,本室保存的是在水产养殖上应用广泛的舟形藻(Naviculasp.)和卵形藻(Cocconeissp.)有运动能力,成固着生活,细胞壁较厚;营养价值高,是海参和鲍鱼附板后的最佳铒料.1 2 淡水微藻  1)固氮鱼腥藻(AnabaenaazoticaLey)属蓝藻门,金球藻目,鱼腥藻属.细胞一般腰鼓型,呈长椭圆形,筒形,由多个细胞连接成链状藻丝.在藻丝中常有异形胞,比营养细胞大,内部中空,是藻丝增殖断裂的地方.鱼腥藻最主要的繁殖方法是形成连锁体,即在丝状群体中有一段群体与其他丝状体部分脱离,再分裂增殖形成新丝状群体.此外,又能在细胞内产生孢子(藻胞)。这种孢子能不休眠而萌发,再形成新个体.  鱼腥藻具有生长快、固氮能力强、抗侵染、对重金属离子吸附能力强等特点,适用于处理由重金属离子引起的工业污水,也广泛应用于生物肥料的生产和藻蓝蛋白天然食品色素的生产.  2)雨生红球藻(Haematococcuspluvialis) 属绿藻门,绿藻纲,团藻目,衣藻科,红球藻属.是一种分布较广的淡水藻,常在有机物较丰富的小水体中出现.细胞由广卵形到广椭圆形.除细胞前端外,细胞壁和原生质体之间由分枝或不分枝的细胞质连丝相连,其间的空隙充满胶样物质.原生质体呈卵形.运动细胞具2条(少数为4条)鞭毛,顶生,等长,约等于体长.通过前端的叉状胶质管伸出细胞壁.雨生红球藻可由单细胞的孢子或合子进行生殖,产生2—32个子细胞;其营养繁殖为细胞分裂;环境不良时,形成厚壁孢子,此时伴有细胞内虾青素的大量积累而使细胞呈红色.有性生殖为同性生殖.细胞幼期呈绿色,球形或卵圆形,光合作用能力强,控制条件可以使细胞呈橙色.雨生红球藻是目前唯一可以大规模培养,以生产珍贵的虾青素的藻类[2(P174)].  3)钝顶螺旋藻(Spirulinaplatensis)和极大螺旋藻[Spirulinamaxima(SetchandGardner)Geitler] 属蓝藻门,段殖藻目,颤藻科,螺旋藻属.钝顶螺旋藻是一种多细胞的丝状微藻,细胞结构简单,没有成型的细胞核,个体是由多细胞组成的不分枝的丝状体,无鞘,圆柱形,蓝绿色,呈有规则的螺旋状卷曲,末端细胞宽圆,横壁薄.横壁处无颗粒,且略收缢.极大螺旋藻藻丝较钝顶螺旋藻大,灰绿色,前端细胞略细.细胞横壁薄,两侧具颗粒,横壁处略收缢[7,2(P103)].螺旋藻喜高温(28—40℃)和高碱(pH9—11)环境,这是许多生物难以生存的条件.螺旋藻可以蠕动的方式活动.细胞内蛋白质含量高达细胞干重的65%—70%,维生素含量也极其丰富,细胞中还含特有的γ 亚麻酸,是难得的保健食品和水产育苗的代用饵料.2 经济微藻的应用2 1 作天然食品的原料  许多研究表明,小球藻、螺旋藻等单细胞微藻类含有丰富的蛋白质、脂肪、维生素、生物多糖、不饱和脂肪酸、叶绿素、类胡萝卜素及人体所需的各种矿物质等[4],有优异的营养保健功能,既能促进细胞和肌体的生长发育,延缓衰老,又能提高肌体免疫机能,对感冒、痛风、肿瘤及消化系统疾病有良好的预防及辅助治疗作用.  目前的微藻食品除了片状及胶囊状的主导产品外,还陆续出现了把藻粉和其他抽提物添加到普通食品中,制成具有微藻营养及风味的饮料、营养液、雪糕、巧克力、面包、饼干及健美减肥食品等.2 2 作食品添加剂  微藻除了大量用于生产健康食品外,日本、澳大利亚等还以微藻作原料生产维生素、食用色素、多不饱和脂肪酸等食品添加剂,其中螺旋藻和小球藻可直接用作食品着色剂,或从中提取藻蓝素、叶绿素、类胡萝卜素、虾青素等食用色素,近年来还从微藻中研究开发了二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸(DHA)等多不饱和脂肪酸及多糖等具有保健功能的食品添加剂,具有天然无毒、颜色鲜艳的特点,不仅能赋予食品诱人的颜色,而且有很好的营养保健功能.2 3 作生物药剂的原料  许多微藻含有各种藻胶、蛋白质、氨基酸、裙带酸钠、褐藻酸钠、藻类淀粉、甘露醇、糖类、甾醇类化合物、丙烯酸、脂肪酸、维生素和大量无机盐(如卤化物、碳酸盐、氧化钙、钾、镁、碘)等成分.根据古药书记载和现代药学研究表明,许多微藻味属咸、寒,有清热解毒、软坚散结、消肿利水以及化瘀痰之功效.许多藻类提取物对病毒、伤风感冒、肿瘤、支气管病、心血管病及放射性锶病毒等有一定的抑制或防治作用.另外,从微藻中提取的软骨藻酸对驱蛔虫、鞭虫和绦虫均有效.从海藻中提取的卡拉胶含有半乳聚糖合体的多糖化合物,是一种抗病毒的活性物质,具有抗B型流行性感冒的功效.有些藻类的提取物能抑制老鼠脑膜炎和肺炎病毒的生长.某些红藻、绿藻和褐藻含有丙烯酸,具有抗细菌和病毒的效果.2 4 作生物饵料  微藻是许多浮游动物和水产养殖动物幼苗的天然饵料.如许多鲱形目、鲻型目鱼类以及众多的虾蟹类幼体都是以摄食硅藻为生的,海滩上爬行的泥螺及岩礁上匍匐的各种螺类舔食的也是底栖的硅藻类.小球藻、角毛藻、盐藻等,是扇贝、鲍鱼等幼体的开口饵料.微绿球藻和金藻富含EPA和DHA,是鱼、虾育苗的重要饵料.微藻作为对虾、扇贝、鲍鱼等水产动物幼体的开口饵料对提高幼体的成活率和增强体质有重要作用[8,9].2 5 作工业原料  微藻细胞内的许多代谢产物都是重要的工业原料.如绿藻类细胞中含有大量的叶绿素,可用于制造补血剂、食品染色剂和除臭剂.过去主要从苜蓿中提取,由于含量只有0 2%,所以成本较高,而绿球藻类叶绿素的含量一般达4%—6%,是苜蓿中叶绿素含量的20—30倍,用这类微藻作提取叶绿素的原料,可大大降低生产成本.单细胞绿藻和硅藻都含有丰富的β 胡萝卜素,这种色素是维生素A原,可用作医药或保健品的原料.虾青素属于类胡萝卜素类色素,是甲壳类动物和观赏鱼体内的重要色素.人工合成的虾青素价格非常昂贵,并且常常含有有害物质,而雨生红球藻中虾青素的含量高达细胞干重的5%,远高于其他天然虾青素的生产来源,因此,雨生红球藻是生产虾青素的重要工业原料[2(P103)].2 6 作生物肥料  蓝藻既能通过光合作用产生氧气,又具固氮能力.固氮蓝藻能将大量空气中游离的氮固定为农作物能够利用的氮肥,既可提高农田肥力,又可降低农业生产成本

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